Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)

Systemanalyse zu innovativen zementären Bindemitteln

Projektbeschreibung

Die stoffliche Grundlage für viele moderne Baustoffe ist Portlandzement, der überwiegend zur Herstellung von Beton genutzt wird, dem auf der Erde nach Wasser am häufigsten verwendeten Stoff. Derzeit wird pro Kopf der Weltbevölkerung jährlich mehr als eine Tonne Beton produziert. Die Herstellung von Zement ist mit hohen CO2-Emissionen verbunden, der gesamte dadurch bedingte CO2-Ausstoß wird für 2008 auf ca. 2,5 Mrd. Tonnen CO2 geschätzt. Dies entspricht ca. 8 % der weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen (ohne Berücksichtigung von Landnutzung, Landnutzungsänderungen und Waldbau).

Ziel des Projektes ist es, mit systemanalytischen Methoden die gegenwärtigen und zukünftigen Möglichkeiten zur CO2-Reduktion bei der Zementherstellung zu untersuchen und zu bewerten. Dies beinhaltet eine Analyse der bisherigen nachhaltigkeitsorientierten Strategien und Maßnahmen der Zementindustrie unter den sich wandelnden klimapolitischen Rahmenbedingungen. Dabei stehen zunächst die Möglichkeiten zur CO2-Minderung bei der Herstellung konventionellen Zements, auch unter Einbeziehung von End-of-Pipe-Lösungen wie CCS, im Vordergrund. Des Weiteren werden aktuelle Neuentwicklungen innovativer klimaschonender Zemente („green cements“) bezüglich ihres Potentials, den universellen Massenbaustoff Portlandzement zu ersetzen, analysiert. Bisherige Arbeiten zu Novacem und Calera zeigen, dass eine großtechnische Umsetzung alternativer Zemente auf viele Hindernisse stößt.

Zur Bewertung innovativer Bindemittel wird ein eigenes Indikatorsystem aufgebaut. Darüber hinaus wird der Innovationsprozess im Hinblick auf Barrieren und Rahmenbedingungen für die Einführung dieser alternativen Binder näher analysiert. Dazu werden Interviews mit Akteuren aus Forschung und Entwicklung und Unternehmen der Zementindustrie geführt. Weitere derzeitige Schwerpunkte stellen die Untersuchung der derzeitigen klimapolitischen Rahmenbedingungen für die Zementherstellung dar. Einzelne Ressourcen wie Flugaschen, denen ein hohes Potenzial als Substitut für Portlandzement zugeschrieben wird, werden genauer auf ihr Potenzial zur Anwendung als Massenbaustoff untersucht. Seit 2007 begleitet die Projektgruppe mit ihren systemanalytischen Arbeiten die Entwicklung des KIT-Start-up Celitement.

ITAS-Studie zu „Green Cements“, Teil 1: Novacem

Erste Ergebnisse dieser systemanalytischen Untersuchungen legt ITAS mit der Studie ‚Sind „Green Cements“ die Zukunft? Erste systemanalytische Abschätzungen zu innovativen Bindemitteln. Teil 1: Novacem®. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing 2011, 75 S. (KIT Scientific Reports 7589)‘ vor. In Teil 1 dieser Veröffentlichung steht Novacem® im Mittelpunkt, ursprünglich eine Entwicklung des Imperial College in London. Der Bericht kann neben weiteren Publikationen als Online-Dokument heruntergeladen werden.

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Publikationen


2016
Zeitschriftenaufsätze
Achternbosch, M.; Dewald, U.; Nieke, E.; Sardemann, G.
New calcium hydrosilicate-based cements celitement - a technology assessment.
2016. ZKG international, 69 (6), 48–57 
2015
Zeitschriftenaufsätze
Achternbosch, M.; Dewald, U.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Is coal fly ash suitable alkaline resource for manufacturing new calcium carbonate-based cements?.
2015. Journal of industrial ecology, 19, 71–81. doi:10.1111/jiec.12147
Proceedingsbeiträge
Achternbosch, M.; Dewald, U.; Nieke, E.; Sardemann, G.
A comparative technology assessment of new radical low CO2-cements - conditions of technical realizations, balances.
2015. Proceedings of the 14th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC 2015), Beijing, CHN, October 13-16, 2015, The Chinese Ceramic Society, Beijing, China 
Dewald, U.; Achternbosch, M.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Towards low-carbon alternatives for OPC? Implications from recent radical innovations (Novacem, Calera, Celitement) for cement research.
2015. 14th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC 2015), Beijing, China, October 13-16, 2015. Proceedings, CD-ROM 
Vorträge
Dewald, U.; Sardemann, G.
Fragmentierte Nachhaltigkeit. Barrieren für einen umweltorientierten Wandel im Bausektor.
2015. Deutscher Kongress für Geographie, Fachsitzung ’Grünes Bauen und die Energiewende in der sozial-ökologischen Transformation’, Berlin, 1.-6.Oktober 2015 
Poster
Dewald, U.; Achternbosch, M.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Towards low-carbon alternatives for OPC? Implications from recent radical innovations (Novacem, Calera, Celitement) for cement research.
2015. 14th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC 2015), Beijing, China, October 13-16, 2015 
2013
Proceedingsbeiträge
Stemmermann, P.; Achternbosch, M.
Dekarbonisierung im Baustoffsektor.
2013. Rolle der Wissenschaft im Globalen Wandel: Vorträge anlässlich der Jahresversammlung der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, Berlin, 22.-24. September 2012. Hrsg.: D. Drenckhahn, 313–332, Dt. Akad. der Naturforscher Leopoldina, Halle 
Vorträge
Dewald, U.
Innovation in basic industries - New sustainability-oriented concepts in cement production and their barriers.
2013. 4th International Conference on Sustainability Transitions (IST 2013), Zürich, CH, June 28-21, 2013 
2012
Vorträge
Achternbosch, M.; Dewald, C.; Kupsch, C.; Nieke, E.; Sardemann, G.
A systems analytical evaluation of the utilization of coal fly ash as alkaline resource for manufacturing new CaCO3-based cements.
2012. International Conference on Thermal Treatment TechnologiesHazardous Waste Combustors (IT3/HWC 2012), New Orleans, LA, USA, 22.–24. Oktober 2012 
Achternbosch, M.; Dewald, U.; Kupsch, C.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Innovationsprozesse bei der Zementherstellung. Sind ’Green Cements’ die Zukunft?.
2012. Vortr.: EMPA Dübendorf, CH, 11.Mai 2012 
Achternbosch, M.; Dewald, U.; Kupsch, C.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Innovationsprozesse bei der Zementherstellung. Sind ’Green Cements’ die Zukunft?.
2012. Vortr.: ThyssenKrupp Polysius AG, Beckum, 19.April 2012 
Dewald, U.
Change dynamics in a maturing industry - main barriers and new approaches in cement production.
2012. 3rd Internat.Conf.on Sustainability Transitions, Copenhagen, DK, August 29-31, 2012 
2011
Zeitschriftenaufsätze
Achternbosch, M.; Kupsch, C.; Nieke, E.; Sardemann, G.
Klimaschonende Produktion von Zement: eine Utopie?.
2011. GAIA - Ökologische Perspektiven für Wissenschaft und Gesellschaft, 20, 31–40 
Proceedingsbeiträge
Sardemann, G.; Achternbosch, M.; Kupsch, C.; Nieke, E.
Zementherstellung und das internationale Klimaschutzregime.
2011. Banse, G. [Hrsg.] 3.Polnisch-Deutsche Konf.’Nachhaltige Entwicklung : Von der wissenschaftlichen Forschung zur politischen Umsetzung’ Katowice, PL, 25.-27.November 2009 Berlin : edition sigma, 2011 (Global zukunftsfähige Entwicklung - Perspektiven für Deutschland ; 16.2), 257–269 
2009
Vorträge
Sardemann, G.; Achternbosch, M.; Kupsch, C.; Nieke, E.
Zementherstellung und das internationale Klimaschutzregime.
2009. Nachhaltige Entwicklung : Von der wissenschaftlichen Forschung zur politischen Umsetzung ; 3.Polnisch-Deutsche Konf., Katowice, PL, 25.-27.November 2009 

Kontakt

Dr. Matthias Achternbosch
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 030-28491-201
E-Mail